Linux下利用backtrace追踪函数调用堆栈以及定位段错误

本是古典何须时尚 2022-08-13 13:50 235阅读 0赞

一般察看函数运行时堆栈的方法是使用GDB（bt命令）之类的外部调试器,但是,有些时候为了分析程序的BUG,(主要针对长时间运行程序的分析),在程序出错时打印出函数的调用堆栈是非常有用的。

在glibc头文件"execinfo.h"中声明了三个函数用于获取当前线程的函数调用堆栈。

**int** backtrace(**void** \*\*buffer,**int** size)

该函数用于获取当前线程的调用堆栈,获取的信息将会被存放在buffer中,它是一个指针列表。参数 size 用来指定buffer中可以保存多少个void\* 元素。函数返回值是实际获取的指针个数,最大不超过size大小

在buffer中的指针实际是从堆栈中获取的返回地址,每一个堆栈框架有一个返回地址

注意:某些编译器的优化选项对获取正确的调用堆栈有干扰,另外内联函数没有堆栈框架;删除框架指针也会导致无法正确解析堆栈内容

**char** \*\* backtrace\_symbols (**void** \***const** \*buffer, **int** size)

backtrace\_symbols将从backtrace函数获取的信息转化为一个字符串数组. 参数buffer应该是从backtrace函数获取的指针数组,size是该数组中的元素个数(backtrace的返回值)

函数返回值是一个指向字符串数组的指针,它的大小同buffer相同.每个字符串包含了一个相对于buffer中对应元素的可打印信息.它包括函数名，函数的偏移地址,和实际的返回地址

现在,只有使用ELF二进制格式的程序才能获取函数名称和偏移地址.在其他系统,只有16进制的返回地址能被获取.另外,你可能需要传递相应的符号给链接器,以能支持函数名功能(比如,在使用GNU ld链接器的系统中,你需要传递(-rdynamic)， -rdynamic可用来通知链接器将所有符号添加到动态符号表中，如果你的链接器支持-rdynamic的话，建议将其加上！)

该函数的返回值是通过malloc函数申请的空间,因此调用者必须使用free函数来释放指针.

注意:如果不能为字符串获取足够的空间函数的返回值将会为NULL

**void** backtrace\_symbols\_fd (**void** \***const** \*buffer, **int** size, **int** fd)

backtrace\_symbols\_fd与backtrace\_symbols 函数具有相同的功能,不同的是它不会给调用者返回字符串数组,而是将结果写入文件描述符为fd的文件中,每个函数对应一行.它不需要调用malloc函数,因此适用于有可能调用该函数会失败的情况  
   
下面是glibc中的实例（稍有修改）：

\#include <execinfo.h>  
\#include <stdio.h>  
\#include <stdlib.h>

/\* Obtain a backtrace and print it to @code\{stdout\}. \*/  
void print\_trace (void)  
\{  
 void \*array\[10\];  
 size\_t size;  
 char \*\*strings;  
　 size\_t i;  
　  
 size = backtrace (array, 10);  
 strings = backtrace\_symbols (array, size);  
 if (NULL == strings)  
 \{  
　  perror("backtrace\_synbols");  
  Exit(EXIT\_FAILURE);  
 \}

printf ("Obtained %zd stack frames.\\n", size);

for (i = 0; i < size; i++)  
  printf ("%s\\n", strings\[i\]);

free (strings);  
　 strings = NULL;  
\}

/\* A dummy function to make the backtrace more interesting. \*/  
void dummy\_function (void)  
\{  
 print\_trace ();  
\}

int main (int argc, char \*argv\[\])  
\{  
 dummy\_function ();  
 return 0;  
\}

输出如下：

Obtained 4 stack frames.  
./execinfo() \[0x80484dd\]  
./execinfo() \[0x8048549\]  
./execinfo() \[0x8048556\]  
/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6(\_\_libc\_start\_main+0xf3) \[0x70a113\]

我们还可以利用这backtrace来定位段错误位置。